Categoria: Fizică
Publicat: 28 mai 2014
Răspunsul la această întrebare este mai complicat decât își dau seama majoritatea oamenilor. Unele flăcări conțin plasmă, iar alte flăcări nu. Pentru a răspunde corect la această întrebare, trebuie într-adevăr să definim mai întâi strict ce înțelegem prin „plasmă”. O definiție de manual a unei plasme este un gaz ionizat. „Gaz ionizat” înseamnă că unii electroni au fost smulși complet de pe atomii care alcătuiesc gazul. Electronii efectiv eliberați sunt încărcați negativ, iar atomii ionizați care rezultă ajung să fie încărcați pozitiv. Un „ion” este un atom cu un număr inegal de electroni și protoni. Această definiție este un bun punct de plecare, dar nu este suficient de exactă. Fiecare gaz conține câțiva ioni și electroni eliberați și, cu toate acestea, nu orice gaz este o plasmă. Trebuie să existe un anumit punct limită în care există suficienți ioni în gaz pentru ca acesta să înceapă să se comporte ca o plasmă.
Ce înseamnă să se comporte ca o plasmă? O plasmă este un gaz ionizat care este reflectorizant la undele electromagnetice de joasă frecvență, cum ar fi undele radio. Descrisă la un nivel mai elementar, o plasmă ecranează câmpurile electrice. O plasmă este capabilă să facă acest lucru deoarece suficient de mulți electroni încărcați negativ și ioni încărcați pozitiv sunt liberi la nivel local și sunt capabili să se lege unii de alții într-un mod colectiv, pe distanțe lungi. Comportamentul colectiv al ionilor și electronilor înseamnă că aceștia sunt capabili să reacționeze puternic la câmpurile electrice incidente și să se deplaseze pentru a anula aceste câmpuri. Prin urmare, o definiție mai strictă a unei plasme este un gaz în care există suficienți electroni și ioni liberi pentru ca aceștia să acționeze în mod colectiv. Distanța pe care un câmp electric extern o poate atinge într-un nor de particule încărcate este caracterizată de „lungimea Debye”. Cu cât mai mulți atomi sunt ionizați, cu atât mai puternice sunt oscilațiile colective ale sarcinilor și cu atât mai mică este lungimea Debye. Cea mai strictă definiție a unei plasme este, prin urmare, un gaz ionizat cu o ionizare suficientă pentru ca lungimea Debye să fie semnificativ mai mică decât lățimea norului de gaz.
Într-o flacără, ionizarea atomilor din aer are loc deoarece temperatura este suficient de ridicată pentru ca atomii să se ciocnească între ei și să smulgă electroni. Prin urmare, într-o flacără, cantitatea de ionizare depinde de temperatură. (Alte mecanisme pot duce la ionizare. De exemplu, în cazul fulgerelor, curenții electrici puternici provoacă ionizarea. În ionosferă, lumina solară provoacă ionizarea). Concluzia este că o flacără devine o plasmă doar dacă devine suficient de fierbinte. Flăcările la temperaturi mai scăzute nu conțin suficientă ionizare pentru a deveni o plasmă. Pe de altă parte, o flacără la temperaturi mai ridicate conține într-adevăr suficienți electroni și ioni eliberați pentru a acționa ca o plasmă.
De exemplu, o lumânare de ceară obișnuită are o flacără care arde la o temperatură maximă de 1.500 de grade Celsius, care este prea mică pentru a crea foarte mulți ioni. Prin urmare, flacăra unei lumânări nu este o plasmă. Rețineți că culorile vibrante roșu-portocaliu-galben pe care le vedem într-o flacără nu sunt create din cauza faptului că flacăra este o plasmă. Mai degrabă, aceste culori sunt emise de particule de combustibil incomplet arse („funingine”) care sunt atât de fierbinți încât strălucesc ca un element de prăjitor de pâine electric. Dacă pompați suficient oxigen într-o flacără, combustia devine completă și flacăra roșie-portocalie-galbenă dispare. Ținând cont de acest lucru, ar trebui să fie clar că flacăra unei lumânări emite lumină, chiar dacă nu este o plasmă. Spre deosebire de flăcările lumânărilor, anumite amestecuri de acetilenă care ard pot atinge 3.100 de grade Celsius, cu o lungime Debye asociată de 0,01 milimetri, potrivit Coalition for Plasma Science. Astfel de flăcări sunt, prin urmare, plasme (atâta timp cât flacăra este mult mai mare de 0,01 milimetri, ceea ce este de obicei cazul). Alte flăcări, inclusiv flăcările de la focurile de tabără, sobele cu propan și brichetele de țigări, au temperaturi care se situează undeva între aceste două extreme și, prin urmare, pot fi sau nu plasmă. Flăcările de zi cu zi, cum ar fi cele provenite din arderea lemnului, a cărbunelui, a benzinei, a propanului sau a gazului natural, nu sunt, de obicei, suficient de fierbinți pentru a acționa ca o plasmă.
Teme: Lungime Debye, combustie, foc, flacără, ionizare, plasmă, temperatură
.